Alexis POMPILI (University & I.N.F.N. of Bari) [per la Collaborazione ] Incontri sulla Fisica delle Alte Energie Catania – 31 marzo 2005 Recenti risultati.

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1 Alexis POMPILI (University & I.N.F.N. of Bari) [per la Collaborazione ] Incontri sulla Fisica delle Alte Energie Catania – 31 marzo 2005 Recenti risultati di FISICA del CHARM @

2 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 1 Recenti risultati sperimentali di BaBar in questa rassegna Ricerca di Nuova Fisica Misure & Ricerche spettroscopiche Caratteristiche e decadimenti dei nuovi mesoni charmati & Ricerca di FCNC & LFV in decadimenti dileptonici del D 0 Ricerca di un eventuale nuovo stato charmato Ricerca di CPV nel charm (decadimento a 3 corpi del D + )

3 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 2 Charm Physics @ PEP-II B-factory Tipica selezione cinematica dei mesoni charmati: si richiede un taglio sul loro momento lineare nel C.M.S. : PEP-II/BaBar e’ anche una “charm-factory” : mesoni charmati sono prodotti nella frammentazione dall’interazione avente sezione d’urto  ~1,30nb [all’energia della Y(4S)]. Per confronto: Il fondo combinatorio viene fortemente ridotto I mesoni D (*) dai decadimenti dei B sono rigettati

4 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * PARTE 1 a : ricerca effetti di Nuova Fisica

5 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * Ricerca di decadimenti rari del D 0 : [122fb -1 ; Phys. Rev. Lett. 93 (2004)]

6 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 3 : motivazione Nel Modello Standard (MS) : I decadimenti del tipo FCNC sono soppressi dal meccanismo GIM: I decadimenti del tipo LFV (come il ) sono proibiti ! Alcune estensioni del MS possono accrescere le B.F. a livelli che cominciano ad essere sperimentalmente accessibili (*) ! P.es.: in certi modelli super-simmetrici violanti la R-parita’ : (*) [Burdman & Shipsey, Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. (2003)]

7 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 4 : metodo Sfida principale: reiezione del fondo (cercando di non sacrificare l’efficienza) - fondo combinatorio - fondo da Ridotto: 1) con p * >2.4GeV/c, 2) tagliando sul tempo di volo, 3) selezionando mesoni D 0 con D * -tag : B.F. normalizzate al avente cinematica simile (: sistematiche ridotte). I modi sono trattati, tranne la PID, in modo analogo (selezione ottimizzata separatamente) : Efficienza Contaminazione da  Identificazione e 95%0.2% Identificazione  60%2% Incertezze sistematiche: PID & stima del fondo [L’efficienza di identificazione del  e’ del 90%]

8 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 5 : limiti superiori [@ 90% di C.L. ] (Circa la LFV c’e’ anche il recente limite di BaBar su -> [hep-ex/0502032]) [ Phys. Lett. B596 (2004) ] [ Phys. Lett. B462 (1999) ] Con metodo di Feldman-Cousins modificato [ Conrad et al.,Phys. Rev. D67 (2003) ]

9 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * Ricerca di CP nel decadimento [80fb -1 ; hep-ex/0501075 (sottomesso a Phys. Rev. D)]

10 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 6 : motivazione Il MS prevede asimmetrie di carica violanti CP dell’ordine di 10 -3 nei decadimenti Cabibbo-soppressi (CS) dei mesoni charmati. La CP diretta potrebbe emergere dall’interferenza di un processo di decadimento al tree-level … e di uno con pinguino: Il MS non prevede violazione di CP nei decadimenti dei mesoni charmati Cabib- bo-favoriti (CF) o doppio-Cabibbo-soppressi (DCS): sarebbero dominati da una sola ampiezza debole. Alcuni modelli di Nuova Fisica predicono livelli di CP dell’ordine di ~10 -2. I limiti sperimentali attuali sono ~(2-5)x10 -2 [risultati da FOCUS & E791]: lasciano ancora ampio spazio alla scoperta di effetti di nuova fisica. Asimmetria di CP : dove ampiezza di decadimento A CP =0 se vi sono almeno 2 differenti ampiezze di decadimento con una relativa fase debole che viola CP ed una forte, che conserva CP, dovuta a FSI. ampiezza di decadimento

11 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 7 : metodo Se si assume che: le rate di decadimento totali per D + e D - sono uguali (dalla CPT-invarianza); la rate di produzione dei mesoni D + e D s + e’ simmetrica in carica; i decadimenti CF, come il, e’ CP-invariante; …e’ possibile riscrivere l’asimmetria come: L’uso del modo CF come normalizzazione aiuta a contenere le sistematiche sperimentali associate al tracciamento ed alla identificazione di particelle. Oltre a misurare l’asimmetria totale, si misura: - quella relativa alle regioni del Dalitz Plot (DP) associate alle risonanze  e K *0, - quelle parziali in 16 bins in cui viene diviso adattivamente il DP Cross checks: 1) valutare A CP senza canale di normalizzazione: misura consistente ! 2) valutare A CP per il canale di normaliz- zazione (CF): misura compatibile con 0 !

12 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 8 : misura di A CP +- Da questi yields e con le efficienze (da MC): Incertezze sistematiche: - stima del fondo - criteri di selezione L’asimmetria nei 16 bins del DP e’ consistente con l’essere costante (P=51%) e nulla ! Si e’ anche misurato il rapporto di B.F.: PID

13 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * PARTE 2 a : spettroscopia

14 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * Misura delle proprieta’ dei [125fb -1 ; analisi preliminare @ hep-ex/0408067 ] Approccio inclusivo: D sJ prodotti in decadimenti cc Approccio esclusivo: D sJ prodotti in decadimenti completamente ricostruiti dei B [113fb -1 ; Phys. Rev. Lett. 93 (2004)] MASSE, LARGHEZZE SPIN

15 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 9 : motivazione Godfrey-Isgur model onda-Sonda-P Ulteriori studi sono necessari per una piena comprensione della loro natura. I 2 stati stretti scoperti da BaBar & CLEO, so- no oggetto di studio estensivo a BaBar & Belle. Sono consistenti con l’essere gli stati cs di onda-P “mancanti”, ma altre interpretazioni non sono finora state escluse. Nel piu’ recente studio vi sono misure dettagliate delle masse e delle varie B.F. relative [fra queste sono nuove quelle dei decadimenti, radiativo ed in 3 corpi, del D sJ (2460)]. Sono interessanti perche’: - hanno masse inaspettatamente basse (sotto le soglie DK[D * K] !); - sono stretti con larghezze (<10MeV) consistenti con la risoluzione sperimentale; - se interpretati come stati cs, essi decadono principalmente via emissione di  che viola la conservazione dell’isospin, cosi’ spiegando l’essere stati “stretti”. JPJP Queste misure sono effettuate fittando gli spettri di massa inclusivi nelle seguenti combinazioni:

16 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 10 Spettro inclusivo Ricostruzione: Riflessioni/contributi (modellati nell’U.M.L.fit): [segnale del D s *+ eliminato] Nessuna evidenza di Eventuale segnale di D sJ (2460) Riflessione dal D sJ (2460): Fondo combinatorio Per coincidenza cinematica tale riflessione ha una massa media ~2317. La shape e’ asimme-trica a causa della variazione di efficienza sullo spazio delle fasi del D sJ (2460). Riflessione dal D s * (2112): Limite sup. (95% C.L.): proibito se 1 +

17 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 11 Spettro inclusivo Per tale decadimento a 3 corpi bisogna consi- derare a priori i 2 possibili stati intermedi: Ricostruzione:  con  0 -veto Dallo spazio delle fasi permesso: entrambi i sotto-decadimenti sono limitati ad una massa D s  vicina a quella del D s * ! E’ possibile isolare il segnale del D sJ (2460) selezionando la regione di segnale del D s *: il fondo si riduce decisamente ma una qualche forma di fondo che picca e’ stata introdotta! Lo studio delle componenti del fondo va fatto guardando lo spettro di massa anche nelle bande laterali del D s *.

18 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 12 Per distinguere il contributo dei 2 sottodecadimenti si effettua un U.L.fit in 2D applicato alle distribuzioni di massa D s  0 e D s . Risulta che il decadimento procede al ~100% attraverso il D s *  0 [266+38] a scapito del D sJ *(2317) [-11+37] ! D s * sideband “bassa” D s * sideband “alta” D s * segnale Riflessioni/contributi (modellati nei 3 U.M.L.fit indipendenti): Fondo combinatorio Riflessione dal D sJ * (2317): Riflessione dal D s * (2112): Limite sup. (95% C.L.): La soppressione del decadimento indica che il meccanismo del decadimento elettro-magnetico non compete con un processo forte, ma violante isospin, che risulterebbe da un meccanismo di  -  0 mixing.

19 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 13 Riflessioni/contributi (modellati nell’U.M.L.fit): Ricostruzione:  con  0 -veto Spettro inclusivo Nessuna evidenza di Eventuale segnale di D sJ * (2317) Riflessione dal D sJ * (2317): Riflessione dal D sJ (2460): Fondo combinatorio Limite sup. (95% C.L.): proibito se 0 +

20 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 14 Spettro inclusivo 2317 Nessuna evidenza di strutture strette per m>2,63GeV/c 2 No evidenza di Limite sup. (95% C.L.): proibito se 0 +

21 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 15 Spettro inclusivo Secondo alcune congetture teoriche il D sJ * (2317) + puo’ essere uno stato a 4 quark ibrido [ Barnes et al., Phys.Rev. D68 (2003) ; Lipkin, Phys.Lett. B580 (2004) ; Browder et al., Phys.Lett. B578 (2004) ] Per verificare se lo stato carico osservato faccia parte di un isotripletto di tetraquark si cercano gli eventuali partner (neutro & doppio-carico) con massa simile: Nessuna struttura osservata Il modello nel likelihood fit assume ipotetici D sJ *(2317) 0,D sJ *(2317) ++, con la stessa massa del D sJ *(2317) +. Conferma l’analisi di CLEO (a bassa statistica)

22 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 16 : Spin-Parita’ Decade in mesoni J P =0 - permessa solo spin-parita’ naturale [0 +,1 -,2 +,…] J P =0 + suggerito da: 1) bassa massa rispetto a D s1 (2535) & D sJ *(2573) 2) assenza decadimento in D s +  (non permesso se J P =0 + ) 3) assenza decadimento in D s +  +  - (: decadimento in 3 pseudoscalari non permesso se J P =0 + ) Una spin-parita’ non-naturale e’ piu’ probabile (mancanza di decadimenti in DK) Il decadimento in D s  +  - e’ permesso da J P =1 + (e’ forte: conserva l’isospin; ma e’ OZI-soppresso) L’ analisi di elicita’ dai decadimenti esclusivi del B favorisce J=1 (v.oltre)

23 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 17 dai decadimenti esclusivi del B [ ] I mesoni D sJ (*) sono stati ricostruiti esclusivamente, dai decadimenti dei mesoni B: m(D sJ )m(B) I modi con il D * sono stati osservati per la prima volta. Le B.F. misurate per i modi col D sono in accordo con Belle. Compatibile con la misura dal cc !

24 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 18 Analisi di elicita’ del Per lo studio dello spin e’ necessaria una analisi angolare che richiede una ricostru- zione esclusiva (dai B) [seppur con meno statistica rispetto alla ricostruzione inclusiva]. Si scelgono dei modi puliti pur se a bassa statistica: Angolo di elicita’ (  H ) = angolo fra … - il vettore p(D sJ ) nel sistema di riferimento del B - il vettore p(D s ) nel sistema di riferimento del DsJ Qualita’ del fit alla distribuzione di cos(  h ) a seconda del modello atteso per un certo valore di spin: Si estraggono i numeri di candidati D sJ in bin separati di cos(  h ). J=1 preferito : J=2 sfavorito : J=2 J=1

25 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * Ricerca dello stato [125fb -1 ; analisi preliminare @ hep-ex/0408087 ]

26 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 19 : motivazione SELEX(E781) [adro-produzione di mesoni charmati (con fascio di  - (e  - ) @ 600GeV/c su bersaglio)] annuncia [hep-ex/0406045, poi Phys.Rev.Lett. 93 (2004)] l’osservazione di un nuovo mesone carico charmato che decadrebbe in D s  (con significavita’ statistica ~6.2) ed in D 0 K (significavita’ ~5.3). Sottratto il fondo combinatorio: m=m(KK  )-m(KK  ) Fondo combinatorio event-mixed [ciascun D s con gli  di altri eventi].

27 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 20 : metodo della ricerca p * (D s )>4.0GeV/c D s : 196K  : 3900 Vi e’ del fondo sotto entrambi i segnali; per studiarne l’eventuale correlazione in produzione, bisogna valutare l’eventuale eccesso nella regione d’intersezione [5]: p * (D s  )>2.5GeV/c 123 456 789

28 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 21 : sottrazione del fondo Eccesso (segnale di correlazione): 123 456 789 Nessuna evidenza di segnale ! Regione in cui D s ed  … appartengono allo stesso “jet”

29 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 22 : altri 2 risultati negativi p * (D sJ )>4.0GeV/c wrong-sign: D 0 K - Il fatto che BaBar osservi cosi’ chiaramente il D s2 (2573) e non il D * sJ (2632), e’ argomentabile (ad hoc) ipotizzando che questo stato abbia elevato valore di spin (J>3), la cui produzione in e + e - tenderebbe ad essere soppressa. SELEX

30 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * CONCLUSIONI

31 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) 23 Sommario & prospettive Ricerca negativa del ; prossima la pubblicazione del limite superiore di produzione in. Nuove misure delle masse dei mesoni charmati. Studio completo dei possibili decadimenti con nuove misure di rapporti di B.F. e limiti superiori. Deduzioni sulla loro spin-parita’ (0 +,1 + ) e sulla loro natura piu’ in generale. Misure di asimmetria di CP relativa al decadimento CS compatibili con zero, con sensibilita’ sperimentale prossima al %. Limiti superiori per le B.F. dei decadimenti migliorati di un fattore 2-10, con sensibilita’ sperimentale ~ 10 -6. Varie misure (queste due & quelle di charm-mixing) hanno raggiunto le sensi- bilita’ sperimentali necessarie per la ricerca di segnali di nuova fisica e devono esplorare le regioni di valori “accessibili” nell’ambito di estensioni del MS. Cio’ richiede tanta statistica e tanto contemporaneo lavoro sulle sistematiche. Le ricerche spettroscopiche stanno vivendo una nuova fase particolarmente interessante [stati “open-charm” (cs-like), stati “charmonium-like” (cfr. talk di Robutti), …].

32 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) * BACKUP SLIDES

33 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) B1 Fondo atteso in L’insieme dei criteri di selezioni ottimale e’ ottimizzato massimizzando il valore dove N sens e’ l’Upper Limit medio (al 90% di C.L.) sul numero di eventi osservati di Segnale che verrebbe ottenuto da un set di esperimenti con il fondo al livello atteso e nessun segnale. Per stimare il numero di eventi di peaking bkg si applicano gli stessi criteri di selezione ad eventi simulati D 0 ->  con le probabilita’ di misidentificazione da control sample. Studi di MC indicano che il fondo combinatorio sia nella finestra dell’eventuale segnale sia nella banda laterale “alta” e’ dominato da combinazioni casuali di 2 leptoni. Pertanto il fondo combinatorio atteso e’ ottenuto scalando opportunamente quello nella banda laterale “alta”. Esso e’ consistente col livello nei dati reali. Il fondo combinatorio nella banda laterale “bassa” riceve contributi da combinazioni di 2 adroni (misidentificati) o da 1 adrone misidentificato con un leptone reale. Tale contri- buto e’ stimato dal MC. Il livello stimato da MC e’ in accordo con quello nei dati reali della banda laterale “bassa”.

34 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) B2 M isura di A CP : numeri Efficienze (dal MC): Yields: Incertezze sistematiche:

35 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) B3 Modelli degli UML fit Segnale del D sJ * (2317): line-shape dal MC; valore medio libero. Eventuale segnale di D sJ (2460): line-shape dal MC. Fondo combinatorio: shape libera Riflessione dal D sJ (2460): reflection-shape & valore medio dal MC Riflessione dal D s * (2112): reflection-shape libera Segnale del D sJ (2460): line-shape dal MC; valore medio libero. Fondo combinatorio: shape libera Riflessione dal D s * (2112): reflection-shape libera Riflessione dal D sJ * (2317): reflection-shape e valor medio dal MC Segnale del D sJ (2460): line-shape dal MC; valore medio libero. Eventuale segnale di D sJ * (2317): line-shape dal MC. Riflessione dal D sJ * (2317): reflection-shape dal MC Riflessione dal D sJ (2460): reflection-shape libera

36 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) B4 Riassunto rapporti di B.F. (preliminari) Per i canali con segnale significativo : Per i canali senza segnale si misurano i limiti superiori @ 95% di C.L. : [: compatibili]

37 IFAE – 2005 A. Pompili ( U. of Bari & I.N.F.N.) B5 Qualche dettaglio sull’analisi di SELEX Ricostruisce (purezza: 80%) 544 candidati D s in eventi prodotti dalle interazioni indotte da  - ; Ricostruisce, negli eventi con 526 di questi candidati, 615 can- didati  (E  >15GeV) [#(   < 5/ev.] nella regione di segnale m() [0.1% del campione]  inclusive Combina D s ed , ottenendo l’istogramma: Fondo combinatorio event-mixed [set di combinazioni di ciascun D s con gli  in 25 campioni di altri eventi, (in numero pari a quelli coi D s ), scalato del fattore 1/25)]. Sottratto il fondo combinatorio: Il 55% dei D s di SELEX vengono da questo stato; il 25% dal D s * ; D sJ *(2317) e D sJ (2460) non visibili !